基于创新型研究生培养模式的数字图像处理与分析课程教学改革初探

史彩娟　黄晓红

摘  要 為了培养创新型研究生人才，对数字图像处理与分析课程进行教学改革，构建“学生主动学习为主，教师指导为辅”的创新型研究生人才培养模式，通过采用多源驱动教学方法，创建视觉信息处理研究实验室，改革课程考核方法，加强师资队伍建设等多种途径，培养研究生的创新思维和创新能力。

关键词 创新型研究生人才;数字图像处理与分析;教学改革;实验室;实践基地

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）19-0093-03

1 前言

近年来，随着人工智能、计算机视觉和深度学习技术的迅猛发展，数字图像处理与分析技术也得到极大发展。图像处理及分析技术已经渗透到人们生活和生产工作的方方面面，如军事、公共安全、通信、教育、工业、医疗等诸多领域。目前，数字图像处理与分析课程已经成为国内外许多大学（如清华大学、北京大学、北京交通大学、复旦大学等）信号与信息处理硕士专业及相关硕士专业的重要专业课程，该课程对研究生学术思维的训练、科研能力的提升以及创新能力的培养具有重要作用，成为培养信号与信息处理及相关专业创新型研究生人才的重要基石[1-2]。

2 数字图像处理与分析课程教学对创新型研究生人才培养的局限性

华北理工大学给本科生开设数字图像处理课程多年，但是数字图像处理与分析研究生课程教学还处于起步阶段，没有形成一套适合创新型研究生人才培养的教学培养模式，在教学方法、教学环境、考核方法及师资队伍建设等方面还存在很大的局限性。例如：教学方法单一，教师讲授为主，学生接受学习为辅;教学环境还停留在教室，缺乏先进的教学和科研设备及环境;课程考核方法和评价体系不利于研究生创新能力的培养;师资队伍教学科研水平偏低，学术视野有待进一步提高;等等。这些局限性不仅不利于研究生对数字图像处理与分析相关知识的掌握，而且限制了研究生创新思维和创新能力的形成，阻碍了创新型研究生人才的培养。

3 “学生主动学习为主，教师指导为辅”的创新型研究生人才培养模式

根据数字图像处理与分析研究生课程特点和创新型研究生人才培养要求，构建“学生主动学习为主，教师指导为辅”的创新型研究生人才培养模型，从教学方法、教学环境、考核方法及师资队伍建设四个方面对数字图像处理与分析课程进行教学改革，培养模型及改革内容如图1所示。

多源驱动的教学方法

1）以学术论文为驱动，立足经典算法，紧跟学科前沿。在课程教学过程中不再局限于教师讲解一本教材，而是以学术论文为驱动，让学生主动接触前沿的专业学术论文。指导学生阅读两类论文，一类是经典理论和算法，一类是发表在国际顶级期刊和会议（如IEEE Transactions on

Pattern Analysis and Machine Intelligence，IEEE Tran-

saction on multimedia，CVPR，ICCV，ECCV等）上的最新研究成果[3]。在教学过程中，教师发挥方法指导作用，指导学生如何查阅文献资料、阅读学术论文，充分调动学生的主动学习和探索精神。研究生作为学习的主体，积极主动查询相关文献，了解论文研究背景、技术方法，对算法进行复现实验等，最后对论文资料的学习进行总结报告。通过学术论文驱动教学，大大提升了研究生学习的主观能动性、学术资料的阅读能力，同时使研究生对图像处理及分析的经典算法和重要思想的理解更加深刻，学术视野得到极大拓展。

2）以项目为驱动，培养学生的实践及创新能力。依托授课教师主持的国家级、省部级和市厅级关于图像处理及分析方向的纵向科研项目以及相关学科竞赛项目，使研究生参加到实际项目的研究工作中来[4-5]，同时鼓励指导他们自己申请研究生创新基金项目。在项目研究过程中充分调动研究生的研究主动性，让他们真正进行项目方案的设计、算法设计及仿真，并最终撰写研究报告或者科研论文。教师对学生遇到的问题及时给予指导，定期进行小组讨论，发现问题，解决问题。

另外，鼓励学生参加企业实际项目研究，如校企实践基地项目、教师横向项目等，让学生切实了解如何将所学的图像处理及分析相关知识与技术应用于实际，从而能够更加深入地理解和掌握所学相关知识。通过项目驱动，不仅使学生对所学的图像处理及分析相关知识有了更深入、更直接的认识和理解，也使研究生的主动学习能力、实践动手能力、科研能力及团队合作精神都有了大幅提升，从而促进了创新型研究生人才的培养。

3）以学术会议、专题讲座为驱动，开拓学生学术视野和创新思维。学术会议及专题讲座是学生了解学科知识的重要途径，可以在课程授课过程中邀请图像处理与分析相关领域的知名专家学者来校做专题报告，为学生介绍前沿学科知识及研究方法。另外，鼓励学生及教师参加校外相关领域的学术会议和专题培训，如参加中国计算机学会（CCF）

计算机视觉专委会走进高校系列讲座，ICCV、ECCV、ICSP等国际会议等。通过学术会议、专题讲座等形式的学习，使学生了解图像处理与分析方向最前沿的知识和技术，更好地拓展学术视野及创新思维，增强科研兴趣。

创建视觉信息处理研究实验室及实践基地，为研究生创新能力培养提供良好环境  建设视觉信息处理研究实验室，购置图像处理与分析相关仪器设备及软件，为数字图像处理与分析课程的授课、实验、科学研究提供良好的软硬件平台和环境。研究生和教师可以在视觉信息处理研究实验室进行数字图像处理与分析课程教学，良好的设备使教学手段和教学方法更加多样化，从而使学生对所学知识有更直观的认识，加深学生对知识的理解;研究生和教师可以充分利用实验室的设备及环境进行科学研究，良好的软硬件支撑加速了研究进展，促进了科研成果的取得，如进行基于图像处理与分析的产品质量检测、图像及视频标注检索等。通过该创新实验室，不仅使研究生对所学图像处理与分析方面的知识有了更好的掌握，同时很好地锻炼了他们的实践动手能力。更为重要的，该创新实验室极大地促进了研究生创新思维的形成和创新能力的培养。

另外，与图像处理相关产品开发公司设立校企实践基地，建立长久合作。基地为研究生提供实训实习的机会和环境，为培养他们的实践能力和创新能力提供很好的契机，同时为就业创造一定的机会。

改革课程考核方法，构建合理评价体系  本着培养创新型研究生人才的目标，对数字图像处理与分析课程的考核方法进行改革。课程采用考核制，考核成绩由三部分组成，分别是文献查阅成绩、科学项目研究成绩、论文撰写及PPT报告成绩。文献查阅能力是研究生的必备能力，快速准确地从海量文献中查找相关资料，并能很快理解论文的核心思想及算法，是进行科学研究的首要步骤。

给学生布置主题，根据他们对相关文献的查阅及理解情况给出一次成绩，占总成绩的30%。

科学项目研究能力是研究生应具备的核心能力，也是他们创新思维和创新能力的体现。给学生设定任务要求，要求完成项目方案设计、算法设计及仿真。教师根据学生的研究情况，如方案设计合理与否，算法推导正确与否，仿真实验做得如何，等等，给出一次公正合理的成绩，占总成绩的40%。

论文撰写及PPT报告讲解是对研究成果进行展示的基本体现，论文的撰写情况和PPT讲解情况直接体现了学生的科学研究能力及表达能力。因此，授课教师对学生的论文撰写及PPT讲解情况给出一次成绩，占总成绩的30%。

最后汇总文献查阅成绩、科学项目研究成绩、论文撰写及PPT报告讲解成绩，给出数字图像处理与分析课程的总成绩。通过这种考核方法，可以极大地调动学生学习的主动性，很好地培养学生的实践动手能力与创新能力。

加强师资队伍建设，提升教师教学和科研水平  讲授数字图像处理与分析课程的教师组建为一个教学科研团队，积极开展各种教学和科研活动[6]。例如：开办数字图像处理与分析公开课，教师通过学习借鉴其他优秀教师的教学方法和教学思路来提升自身的授课水平;授课教师申请与图像处理与分析相关的纵向和横向科研课题，通过课题研究提升科研水平，增加科研成果，同时为学生提供很好的助研岗位，使他们获得更好的科研机会及平台;授课教师参加数字图像处理相关方向专题培训、国际学术会议、国内外访学等，学习最新的图像处理与分析领域知识及技术，开阔学术视野，了解本领域的学术前沿及发展动态。

通过以上多种方式，数字图像处理与分析课程的授课教师不仅提升了教学和科研素质与水平，也为培养研究生的创新能力做了良好的师资准备，从而可以更好地培养创新型研究生人才。

4 结语

通过构建“学生主动学习为主，教师指导为辅”的创新型研究生人才培养模型，深化了研究生对数字图像处理与分析课程所学知识的理解和掌握，培养了创新型研究生人才：采用多源驱动教学方法，如以原始論文为驱动、以项目为驱动、以学术会议和专题讲座为驱动，很好地拓展了学生的学术视野，培养了科研思维和创新思维、实践动手能力和创新能力;创建视觉信息处理研究实验室及校企联合实践基地，为深化研究生课程学习及科研工作提供良好平台和环境;改革课程考核方法，构建更加合理的评价体系，为创新型研究生人才培养提供了很好的评价和刺激机制;加强师资队伍建设，提升教师教学和科研素质与水平，进一步促进创新型研究生人才的培养。

参考文献

[1]胡彬.面向实践创新能力培养的数字图像处理教学[J].中国教育技术装备，2016（4）：118-119.

[2]李露，谢凤英，姜志国，等.关于在实验课程中培养研究生创新实践能力的探索：以数字图像处理实验课程教学改革为例[J].实验室技术与管理，2010（11）：235-237，248.

[3]李月龙.以科研为导向的研究生《数字图像处理》课程教学[J].时代教育，2014（5）：128.

[4]唐佳林，杨华明.陈林，等.项目教学法在《数字图像处理》课程教学中的应用[J].中国西部科技，2015（2）：89-90.

[5]刘忠艳，乔付，周波，等.项目教学法在数字图像处理教学中的应用[J].高师理科学刊，2015（2）：75-77.

[6]史彩娟，刘利平，李志刚.“数字图像处理”课程多层次实践教学体系研究[J].中国电力教育，2014（12）：133-134.